意大利中部亚平宁山脉是二氧化碳的来源
构造活跃的山脉在大气中二氧化碳的自然调节中发挥着重要作用。竞争过程在这里发生：在地球表面，侵蚀驱动风化过程，吸收或释放二氧化碳，具体取决于岩石的类型。在深处，碳酸盐岩的加热和熔化导致地表二氧化碳的逸出。在意大利中部的亚平宁山脉，由来自 GFZ 德国地球科学研究中心的 Erica Erlanger 和 Niels Hovius 以及来自路德维希马克西米利安慕尼黑大学的 Aaron Bufe 领导的研究人员现在首次调查并平衡了一个地区的所有这些过程。 – 除其他外，使用对山区河流和泉水中二氧化碳含量的分析。他们发现该地区的风化导致总体二氧化碳吸收。然而，这些近地表过程只能决定地壳厚而冷的地区的二氧化碳平衡。亚平宁山脉中部西侧地壳较薄，热流较高。在那里，从深处释放的二氧化碳比风化吸收的二氧化碳高出 50 倍。总而言之，所分析的景观是二氧化碳排放源。因此，地壳的结构和动力学比化学风化作用更能强烈地控制二氧化碳的释放。该研究今天发表在科学杂志《自然地球科学》上。
背景：山脉在地球二氧化碳预算中的作用
除了人为二氧化碳排放外，许多自然过程(生物和地质过程)也在平衡全球二氧化碳预算方面发挥着作用。山地景观强烈调节碳循环，在气候模型中充分考虑这里发生的二氧化碳排放和二氧化碳吸收的竞争非常重要。
一方面，地球表面的岩石因化学溶解过程而风化：侵蚀不断暴露岩石，根据岩石的类型，岩石以不同的速率风化并吸收或释放二氧化碳。例如，硅酸盐矿物会结合二氧化碳并形成石灰石。反过来，含碳酸盐和硫化物矿物的风化会释放二氧化碳。
由 Aaron Bufe 和 Niels Hovius 领导的研究小组在三月初发表在《科学》杂志上的一项进一步研究中，调查了二氧化碳释放和风化减少的竞争。他们以世界各地山区为例，分析了侵蚀率对二氧化碳平衡的影响。
然而，造山不仅影响地球表面的侵蚀和风化速率。在构造板块相互滑动的地方，地壳和地幔碳酸盐岩的加热会导致与二氧化碳排放相关的化学反应。
“以前的研究通常集中于单一过程，并分别处理表面的风化和深度的过程。我们想要改变这一点，”尼尔斯·霍维斯 (Niels Hovius) 说道。
亚平宁山脉的调查：二氧化碳释放或储存——哪个过程占主导地位?
近地表和深层过程之间的竞争现在是 GFZ 和洛林大学(法国)博士后科学家 Erica Erlanger、慕尼黑大学沉积学教授 Aaron Bufe 和GFZ 前博士后科学家、GFZ 地貌学部门负责人、波茨坦大学教授 Niels Hovius 以及来自法国、意大利、美国和瑞士的同事。
意大利中部亚平宁山脉被证明是特别适合这项研究的地区，正如该研究的第一作者埃里卡·厄兰格(Erica Erlanger)解释的那样：“该地区是活跃山脉的一部分，具有紧密分布的厚而冷的地壳和薄的、温暖的地壳，使我们能够研究地下活动的影响。整个地区的气候条件、地形和地表岩石类型都很相似，因此风化活动应该不会有太大差异。”
CO2含量采样与分析
亚平宁山脉中西部地壳厚度约20公里，热通量高达每平方米100毫瓦以上，而东部地壳厚度超过40公里，热通量每平方米约30毫瓦仪表。
研究人员在台伯河西部和阿泰尔诺-佩斯卡拉河东部系统中总共采集了 104 个水样，其中 49 个在 2020 年夏季，55 个在 2021 年冬季，涵盖最温暖和最干燥的季节以及最潮湿和最寒冷的季节，以估计最小值(夏季)和最大(冬季)二氧化碳通量。
水样是合适的，因为河流和泉水输送碳，碳来自深处和地表附近的风化反应。样品的化学分析包括确定各种碳同位素的相对丰度。这些可以提供有关碳是否来自植物、大气或从俯冲岩石中释放的信息。
“在此基础上，我们能够计算出风化或深层碳酸盐释放的二氧化碳量，以及风化硅酸盐结合的二氧化碳量，”厄兰格解释道。
为了估计亚平宁山脉二氧化碳预算的总体平衡，研究人员还考虑了亚平宁山脉西侧已知气体喷口的无机二氧化碳排放量以及有机二氧化碳交换的估计值。
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